Badania TEM mikrostruktury niskotemperaturowych kropek kwantowych

M. Żak, P. Dłużewski, S. Kret, J. Dąbrowski

Instytut Fizyki, PAN

W Zespołe Mikroskopi Elektronowej dokonano wyznaczenia rozkładu Ge w warstwach i kropkach kwantowych Ge w Si. Praca realizowana była w trzech etapach; wykonanie preparatów, obserwacje elektronomikroskopowe, analiza otrzymanych obrazów oraz ich interpretacja. Cienkie folie z heterostruktur Si-Ge o orientacji <011> wykonano metodą polerowania mechanicznego oraz ścieniania jonowego. Obserwacje wykonano za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego JEM 2000EX przy napięciu 200kV w trybie konwencjonalnym i wysokorozdzielczym. Wysokość kropek określono na 3nm zaś długość na od 8 do 30nm dla próbek o zwiększającej się nominalnej liczbie monowarstw Ge od 5 do 20. Dla próbek o ilości monowarstw mniejszej od 12 stwierdzono koherentną, strukturę korpek Ge z matrycą Si. Dla próbek o 12 i więcej monowarstw zaobserwowano dyslokacje niedopasowania świadczące o przekroczeniu progu relaksacji. Opierając się na obrazach wysokorozdzielczych dokonano wyznaczenia rozkładu Ge w badanych warstwach. Rys. 1a przedstawia wysokorozdzielczy obraz fragmentu próbki o nominalnej grubości 5 monowarstw Ge. W dolnej części Rys. 1b pokazano mapę koncentracji Ge otrzymaną w wyniku komputerowej analizy odkształcenia sieci krystalicznej spowodowanego większymi rozmiarami atomów Ge w stosunku do Si. W przypadku niskotemperaturowych kropek kwantowych Ge-Si stwierdzono niemal 100% koncentrację germanu w centralnej części tych kropek.